2019高中物理 第二章 交變電流與發(fā)電機 2.1 怎樣產生交變電流練習（含解析）滬科選修3-2.docx

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怎樣產生交變電流 課時演練促提升 A組 1.(多選)關于中性面,以下說法正確的是(　　) A.中性面就是穿過線圈的磁通量為零的面 B.中性面就是線圈中磁通量變化率為零的面 C.線圈過中性面時,電流方向必改變 D.中性面就是線圈內感應電動勢為零的面 解析:線圈轉至中性面時,線圈平面與磁感線垂直,所以此時穿過線圈的磁通量最大,磁通量變化率為零,感應電動勢為零,電流方向改變。 答案:BCD 2.(多選)如圖所示的各圖線中表示交變電流的是(　　) 解析:A圖表示的電流大小發(fā)生了周期性變化,而方向沒有變化。C、D圖中的電流大小和方向均發(fā)生了周期性變化。B圖中電流大小不變而方向周期性變化。 答案:BCD 3.一矩形線圈,繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內的固定軸轉動,線圈中的感應電動勢E隨時間t的變化如圖所示。則下列說法中正確的是(　　) A.t1時刻通過線圈的磁通量為零 B.t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大 C.t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大 D.每當電動勢E變換方向時,通過線圈的磁通量的絕對值都為最大 解析:t1、t3時刻感應電動勢為零,線圈位于中性面位置,所以穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率為零,選項A、C錯誤;t2時刻感應電動勢最大,線圈位于中性面的垂面位置,穿過線圈的磁通量為零,選項B錯誤;由于線圈每過一次中性面時,穿過線圈的磁通量的絕對值最大,電動勢E變換方向,所以選項D正確。 答案:D 4.某交流發(fā)電機正常工作時的電動勢為e=Emaxsin ωt,如果發(fā)電機轉子轉速提高一倍,線圈匝數也同時增加一倍,其他條件不變,則發(fā)電機的電動勢為(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.e=4Emaxsin 2ωt B.e=4Emaxsin ωt C.e=2Emaxsin 2ωt D.e=2Emaxsin ωt 解析:由公式e=NBSωsinωt=NBS2πnsin2πnt可知,當轉速n、線圈匝數N同時增加一倍,則e=4Emaxsin2ωt,故選項A正確。 答案:A 5.面積為S的矩形線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中,從中性面起以角速度ω勻速轉動,在t時刻線圈磁通量的瞬時值為(　　) A.BS B.BScos ωt C.BSsin ωt D.BS/sin ωt 解析:中性面指的是和磁感線垂直的平面,此位置通過線圈的磁通量最大為BS,而當線圈轉到與磁感線平行的位置時通過線圈的磁通量最小,為0,故磁通量變化規(guī)律為BScosωt,選項B正確。 答案:B 6.如圖甲所示,單匝矩形線圈的一半放在有界勻強磁場中,中心軸線OO與磁場邊界重合,線圈繞中心軸線按圖示方向(從上向下看逆時針方向)勻速轉動,t=0時刻線圈平面與磁場方向垂直,規(guī)定電流方向沿abcd為正方向,則圖乙中能表示線圈內感應電流隨時間變化規(guī)律的是(　　) 圖甲 圖乙 解析:在0~T4內,ab一側的線框在磁場中繞OO轉動產生正弦交變電流,電流方向由楞次定律判斷為dcba且越來越大。T4~T2內,ab一側線框在磁場外,而dc一側線框又進入磁場產生交變電流,電流方向為dcba且越來越小,以此類推,可知i-t圖像正確的為B。 答案:B 7.(多選)(2014福建寧德檢測)如圖所示,一單匝閉合線框在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸勻速轉動,轉動過程線框中產生的感應電動勢的瞬時值為e=0.5sin 20t(V),由該表達式可推知以下哪些物理量(　　) A.勻強磁場的磁感應強度 B.線框的面積 C.穿過線框的磁通量的最大值 D.線框轉動的角速度 解析:由e=nBS及e=0.5sin20t可知ω=20rad/s,em=0.5V。由Φm=BS=emω=0.520Wb=0.025Wb,選項C、D正確。 答案:CD 8. 如圖所示,勻強磁場B=0.1 T,所用矩形線圈的匝數N=100,邊長ab=0.2 m,bc=0.5 m,以角速度ω=100π rad/s繞OO軸勻速轉動。當線圈平面通過中性面時開始計時,試求: (1)線圈中感應電動勢的瞬時值表達式。 (2)由t=0至t=T4過程中的平均電動勢值。 點撥:正弦式電流的瞬時值表達式,從中性面開始計時為e=NBSωsinωt,將相關量代入即可求解,平均電動勢可以由前面學習過的法拉第電磁感應定律E=NΔΦΔt求解。 解析:(1)感應電動勢的瞬時值e=NBSωsinωt,由題可知S=abbc=0.20.5m2=0.1m2 Emax=NBSω=1000.10.1100πV=314V 所以e=314sin100πtV。 (2)用E=NΔΦΔt計算t=0至t=T4過程中的平均電動勢 E=N|Φπ2-Φ0|T4-0=N|0-BS|T4=4NBS2πω 即E=2πNBSω,代入數值得E=200V。 答案:(1)e=314sin 100πt V　(2)200 V 9. 如圖所示,一小型發(fā)電機內有n=100匝的矩形線圈,線圈面積S=0.10 m2,線圈電阻可忽略不計。在外力作用下矩形線圈在B=0.10 T的勻強磁場中,以恒定的角速度ω=100π rad/s繞垂直于磁場方向的固定軸OO勻速轉動,發(fā)電機線圈兩端與R=100 Ω的電阻構成閉合回路。求: (1)線圈轉動時產生感應電動勢的最大值; (2)從線圈平面通過中性面時開始,線圈轉過90角的過程中通過電阻R橫截面的電荷量。 解析:(1)線圈中感應電動勢的最大值Emax=nBSω=3.14102V。 (2)設從線圈平面通過中性面時開始,線圈轉過90角所用時間為Δt,線圈中的平均感應電動勢E=nBSΔt 通過電阻R的平均電流I=ER=nBSRΔt 在Δt時間內通過電阻橫截面的電荷量Q=IΔt=nBSR=1.010-2C。 答案:(1)3.14102 V　(2)1.010-2 C B組 1.(2014福建泉州檢測)如圖所示,面積均為S的線圈均繞其對稱軸或中心軸在勻強磁場B中以角速度ω勻速轉動,能產生正弦交變電動勢e=BSωsin ωt的圖是 (　　) 解析:正弦交變電流是線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸轉動,從中性面開始計時,只有選項A合適。 答案:A 2.(2014安徽黃山期末檢測)某臺家用柴油發(fā)電機正常工作時能夠產生與我國照明電網相同的交變電流?，F在該發(fā)電機出現了故障,轉子勻速轉動時的轉速只能達到正常工作時的一半,則它產生的交變電動勢隨時間變化的圖像是(　　) 解析:線圈轉速為正常時的一半,據ω=2πn=2πT知,周期變?yōu)檎r的2倍,又據Em=NBSω知,最大值變?yōu)檎r的一半,結合我國電網交變電流實際情況,選項B正確。 答案:B 3.(2014遼寧丹東期末檢測)單匝閉合金屬線框abcd在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸OO勻速轉動,設穿過線框的最大磁通量為Φm,線框中的最大感應電動勢是Em,從線圈平面與磁場平行時刻開始計時,下面說法不正確的是 (　　) A.當穿過線框的磁通量為Φm2時,線框中的感應電動勢是Em2 B.線框中的電流強度隨時間按余弦規(guī)律變化 C.線框轉動的角速度為EmΦm D.線框在垂直于磁場方向平面內的投影面積隨時間按正弦規(guī)律變化 解析:當穿過線框磁通量為Φm2時,即線框與磁場B的方向成45,則線框中的感應電動勢為E=Emcos45=2Em2,選項A錯誤;由于從線圈平面與磁場平行時刻開始計時,因此線框中的電流強度隨時間按余弦規(guī)律變化,選項B正確;由Φm=BS,Em=BSω知,線框轉動的角速度ω=EmΦm,選項C正確;由于在垂直磁場B的方向上的投影面積S投=Ssinθ=Ssinωt,選項D正確。 答案:A 4.(多選)(2014湖南長沙檢測)如圖所示,閉合的矩形導體線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO勻速轉動,沿著OO方向觀察,線圈沿逆時針方向轉動。已知勻強磁場的磁感應強度為B,線圈匝數為n,ab邊的邊長為l1,ad邊的邊長為l2,線圈電阻為R,轉動的角速度為ω,則當線圈轉至圖示位置時(　　) A.線圈中感應電流的方向為abcda B.線圈中的感應電動勢為2nBl2ω C.穿過線圈磁通量隨時間的變化率最大 D.線圈ad邊所受安培力的大小為n2B2l1l22ωR 解析:當線圈轉到圖示的位置時,線圈的磁通量即將向右增加,由楞次定律結合右手螺旋定則可知,線圈中感應電流的方向為adcba,故選項A錯誤;當轉到圖示的位置時產生的電動勢最大,由法拉第電磁感應定律可得,穿過線圈的磁通量的變化率最大。此時電動勢的大小為E=2nBl2ωl12=nBl1l2ω,選項B錯誤,選項C正確;線圈此時的感應電流大小為:I=ER=nBl1l2ωR,所以ad邊所受的安培力的大小為:F=nBIl2,代入I可得:F=n2B2l1l22ωR,選項D正確。 答案:CD 5.如圖所示,單匝線圈在勻強磁場中繞OO軸從圖示位置開始勻速轉動,已知從圖示位置轉動π6時,線圈中感應電動勢的大小為10 V,求: (1)交變電動勢的峰值; (2)線圈從圖示位置轉動π2的過程中,交變電動勢的平均值。 解析:(1)圖示位置為中性面,從圖示位置開始計時,交變電動勢的瞬時值為e=Emsinωt 將ωt=π6,e=10V代入上式,有10=Emsinπ6 解得Em=20V (2)線圈從圖示位置轉過π2的過程中,磁通量的變化量為ΔΦ=BS, 經歷的時間Δt=π2ω, 所以此過程中交變電動勢的平均值為E=ΔΦΔt=2BωSπ=2πEm=2π20V=12.7V 答案:(1)20 V　(2)12.7 V 6.一矩形線圈,面積為S,匝數為N,在場強為B的勻強磁場中繞著中軸OO做勻速轉動,角速度為ω,磁場方向與轉軸垂直,當線圈轉到中性面時開始計時,求:(1)線圈中感應電動勢的最大值。(2)線圈中感應電動勢隨時間變化的表達式。(3)若線圈中的電阻為R,則線圈中的電流的最大值為多少?(4)線圈中的電流瞬時表達式。 點撥:應用交變電流的變化規(guī)律解題。注意區(qū)分好最大值和瞬時值。 解析:(1)感應電動勢的最大值 Emax=NBL1L2ω=NBSω。 (2)因為電動勢的最大值 Emax=NBSω, 角速度ω,線圈轉到中性面開始計時, 所以電動勢的瞬時值表達式是 e=NBSωsinωt。 (3)根據歐姆定律,電路中電流最大值為 Imax=EmaxR=NBSωR。 (4)因為電路中電流的最大值為Imax=EmaxR=NBSωR,所以通過負載的電流的瞬時值表達式是i=NBSωRsinωt。 答案:(1)NBSω　(2)e=NBSωsin ωt (3)NBSωR　(4)i=NBSωRsin ωt